Determinación de conductividad térmica efectiva en cerámicas porosas con caolines y diatomeas de Boyacá

Abstract

En la actualidad, los medios porosos son ampliamente utilizados en aplicaciones tecnológicas, como barreras térmicas y aislantes acústicos, siendo responsable del amortiguamiento el aire que se aloja en las porosidades, lo cual es debido a la baja conductividad térmica del aire (0,024 W/m °C). Dentro de estos medios porosos, se encuentran las cerámicas, las cuales pueden ser elaboradas por diferentes métodos, entre los que se encuentra el de réplica usando espumas poliméricas, las cuales al someterse al tratamiento térmico inducen la porosidad, la cual es la encargada de alojar la fase gaseosa que sirve de aislante térmico6 . En el presente proyecto se estudiaron los fenómenos de transporte de calor mediante la determinación de la conductividad y resistividad térmica efectiva en cerámicas porosas, a base de caolines y tierras diatomáceas de la región de Boyacá en función de la porosidad, tortuosidad, morfología y estructura de las muestras elaboradas. Dado que en Boyacá no se han estudiado a profundidad las Diatomitas y su alta eficiencia como agentes porosos en el conformado de cerámicas porosas a base de caolines, con el propósito de desarrollar cerámicas porosas con aplicaciones de aislamiento térmico, Acústica y/o usadas como filtros cerámicos para la purificación de aguas residuales y/o ríos. Dentro de los resultados de Conductividad térmica, morfología y estructura de las muestras, se observó que las Diatomitas y la técnica de réplica usadas para el conformado de las cerámicas, aportan grandes porosidades a las cerámicas implicando bajas conductividades de calor y gracias a la microestructura formada y las propiedades del caolín retiene gran parte de los contaminantes propios del agua filtrada en el presente trabajo. Para la elaboración de las probetas se utilizaron mezclas de caolines, tierras diatomáceas y carbonato de calcio (CaCO3), definidas por porcentajes en peso de 60%, 30% y 10% respectivamente7,8 obtenidas de la región de Boyacá. El conformado de las muestras será usando el método de réplica por inmersión de la barbotina de la mezcla anterior en diferentes tipos de espumas de poliuretano (PU). Una vez elaboradas las muestras porosas se sometieron a un proceso de secado a temperatura ambiente por 24 horas aproximadamente y en estufa de circulación forzada a 110°C hasta que la masa fuera constante, este proceso tardó aproximadamente 24 horas. El proceso de cocción o sinterización se realizó en una mufla eléctrica a temperatura máxima de 1200°C por 5 horas aproximadamente. La conductividad (k) y resistividad térmica (R) a temperatura ambiente, serán determinadas usando el sistema KD2-PRO y el sensor TR-1 9 , el cual funciona con el principio físico de flujo lineal transitorio de calor, siguiendo la Norma ASTM D5334-1410. La porosidad (φ) y morfología serán estudiadas mediante microscopia electrónica de barrido (SEM), y la estructura cristalina usando Difracción de Rayos X (DRX), la tortuosidad (T) 11 se hallará a partir de la porosidad y la razón entre la resistividad eléctrica de la muestra saturada por un electrolito conocido, y la resistividad del solo electrolito. Dado lo anterior, en el presente trabajo se reporta el comportamiento de la conductividad y resistividad térmica en función de la porosidad, para las cerámicas porosas elaboradas, y correlacionarlas con los modelos teóricos existentes, dando valor agregado a estos materiales para aplicaciones tecnológicas en procesos de filtración y de aislamiento térmico, entre otros.